Definición 1
Se considera fuerza de gravedad la aplicada al centro de gravedad de un cuerpo, determinada colgando el cuerpo por un hilo desde sus distintos puntos. En este caso, el punto de intersección de todas las direcciones que marca el hilo se considerará el centro de gravedad del cuerpo.
Concepto de gravedad
En física, se considera que la gravedad es una fuerza que actúa sobre cualquier cuerpo físico ubicado cerca de la superficie terrestre u otro cuerpo astronómico. La fuerza de gravedad sobre la superficie del planeta, por definición, consistirá en la atracción gravitacional del planeta, así como en la fuerza centrífuga de inercia provocada por la rotación diaria del planeta.
Otras fuerzas (por ejemplo, la atracción del Sol y la Luna) debido a su pequeñez no se tienen en cuenta o se estudian por separado en el formato de cambios temporales en el campo gravitacional de la Tierra. La fuerza de gravedad imparte igual aceleración a todos los cuerpos, independientemente de su masa, aunque representa una fuerza conservativa. Se calcula en base a la fórmula:
$\vec (P) = m\vec(g)$,
donde $\vec(g)$ es la aceleración impartida al cuerpo por la gravedad, denominada aceleración de la gravedad.
Además de la gravedad, los cuerpos que se mueven con respecto a la superficie de la Tierra también se ven directamente afectados por la fuerza de Coriolis, que es una fuerza utilizada para estudiar el movimiento de un punto material en relación con un sistema de referencia giratorio. Unir la fuerza de Coriolis a las fuerzas físicas que actúan sobre un punto material permitirá tener en cuenta el efecto de la rotación del sistema de referencia sobre dicho movimiento.
Fórmulas importantes para el cálculo.
Según la ley de la gravitación universal, la fuerza de atracción gravitacional que actúa sobre un punto material de masa $m$ en la superficie de un cuerpo astronómico esféricamente simétrico de masa $M$ estará determinada por la relación:
$F=(G)\frac(Mm)(R^2)$, donde:
- $G$-constante gravitacional,
- $R$ es el radio del cuerpo.
Esta relación resulta válida si asumimos una distribución de masa esféricamente simétrica sobre el volumen del cuerpo. Entonces la fuerza de atracción gravitacional se dirige directamente al centro del cuerpo.
El módulo de la fuerza de inercia centrífuga $Q$ que actúa sobre una partícula material se expresa mediante la fórmula:
$Q = fauces^2$, donde:
- $a$ es la distancia entre la partícula y el eje de rotación del cuerpo astronómico que se está considerando,
- $w$ es la velocidad angular de su rotación. En este caso, la fuerza de inercia centrífuga se vuelve perpendicular al eje de rotación y se aleja de él.
En formato vectorial, la expresión de la fuerza centrífuga de inercia se escribe de la siguiente manera:
$\vec(Q) = (mw^2\vec(R_0))$, donde:
$\vec (R_0)$ es un vector perpendicular al eje de rotación, que se dibuja desde él hasta el punto material especificado ubicado cerca de la superficie de la Tierra.
En este caso, la fuerza de gravedad $\vec (P)$ será equivalente a la suma de $\vec (F)$ y $\vec (Q)$:
$\vec(P) = \vec(F) = \vec(Q)$
Ley de la atracción
Sin la presencia de la gravedad, el origen de muchas cosas que ahora nos parecen naturales sería imposible: por ejemplo, no habría avalanchas que bajarían de las montañas, corrientes de ríos o lluvias. La atmósfera de la Tierra puede mantenerse únicamente por gravedad. Los planetas con menor masa, por ejemplo la Luna o Mercurio, perdieron toda su atmósfera a un ritmo bastante rápido y quedaron indefensos frente a corrientes de radiación cósmica agresiva.
La atmósfera terrestre jugó un papel decisivo en el proceso de formación de la vida en la Tierra, su. Además de la gravedad, la Tierra también se ve afectada por la fuerza gravitacional de la Luna. Debido a su proximidad (a escala cósmica), es posible el flujo y reflujo de las mareas en la Tierra, y muchos ritmos biológicos coinciden con el calendario lunar. Por lo tanto, la gravedad debe considerarse una ley útil e importante de la naturaleza.
Nota 2
La ley de la atracción se considera universal y se puede aplicar a dos cuerpos cualesquiera que tengan una determinada masa.
En una situación en la que la masa de un cuerpo que interactúa resulta ser mucho mayor que la masa del segundo, hablamos de un caso especial de fuerza gravitacional, para el cual existe un término especial, como "gravedad". Es aplicable a problemas enfocados a determinar la fuerza de gravedad en la Tierra u otros cuerpos celestes. Al sustituir el valor de la gravedad en la fórmula de la segunda ley de Newton, obtenemos:
Aquí $a$ es la aceleración de la gravedad, que obliga a los cuerpos a luchar uno hacia el otro. En problemas que involucran el uso de la aceleración de la gravedad, dicha aceleración se denota con la letra $g$. Utilizando su propio cálculo integral, Newton pudo demostrar matemáticamente la concentración constante de gravedad en el centro de un cuerpo más grande.
¡No entendí la lección de física y no sé cómo determinar la gravedad!
Respuesta
La gravedad es la propiedad de los cuerpos con masa de atraerse entre sí. Los cuerpos que tienen masa siempre se atraen entre sí. La atracción de cuerpos con masas muy grandes a escala astronómica crea fuerzas significativas gracias a las cuales el mundo es como lo conocemos.
La fuerza de gravedad es la causa de la gravedad terrestre, que hace que los objetos caigan hacia ella. Gracias a la fuerza de la gravedad, la Luna gira alrededor de la Tierra, la Tierra y otros planetas alrededor del Sol y el sistema solar alrededor del centro de la Galaxia.
En física, la gravedad es la fuerza con la que actúa un cuerpo sobre un soporte o suspensión vertical. Esta fuerza siempre se dirige verticalmente hacia abajo.
F es la fuerza con la que actúa el cuerpo. Se mide en newtons (N).
m es la masa (peso) del cuerpo. Medido en kilogramos (kg)
g es la aceleración de la caída libre. Se mide en newtons divididos por kilogramos (N/kg). Su valor es constante y en promedio sobre la superficie terrestre es de 9,8 N/kg.
¿Cómo determinar la fuerza de atracción?
Ejemplo:
Sea la masa de la maleta 15 kg, luego para encontrar la fuerza de atracción de la maleta hacia la Tierra usaremos la fórmula:
F=m*g = 15*9,8 = 147 N.
Es decir, la fuerza de atracción de la maleta es de 147 newtons.
El valor de g para el planeta Tierra no es el mismo: en el ecuador es 9,83 N/kg y en los polos 9,78 N/kg. Por tanto, tomamos el valor medio que utilizamos para el cálculo. En la industria aeroespacial se utilizan valores precisos para diferentes regiones del planeta, y también se les presta atención en los deportes, cuando se entrena a los atletas para participar en competiciones en otros países.
Información histórica: el famoso físico inglés Isaac Newton calculó por primera vez g y derivó la fórmula de la gravedad, o más precisamente la fórmula de la fuerza con la que un cuerpo actúa sobre otros cuerpos, en 1687. Es en su honor que se nombra la unidad de medida de la fuerza. Existe la leyenda de que Newton comenzó a explorar el tema de la gravedad después de que una manzana cayera sobre su cabeza.
Es necesario conocer el punto de aplicación y dirección de cada fuerza. Es importante poder determinar qué fuerzas actúan sobre el cuerpo y en qué dirección. La fuerza se denota como , medida en Newtons. Para distinguir entre fuerzas, se designan de la siguiente manera
A continuación se muestran las principales fuerzas que operan en la naturaleza. ¡Es imposible inventar fuerzas que no existen al resolver problemas!
Hay muchas fuerzas en la naturaleza. Aquí consideramos las fuerzas que se consideran en el curso de física escolar al estudiar dinámica. También se mencionan otras fuerzas, que se discutirán en otras secciones.
Gravedad
Todos los cuerpos del planeta se ven afectados por la gravedad de la Tierra. La fuerza con la que la Tierra atrae cada cuerpo está determinada por la fórmula
El punto de aplicación es el centro de gravedad del cuerpo. Gravedad siempre dirigido verticalmente hacia abajo.
Fuerza de fricción
Conozcamos la fuerza de fricción. Esta fuerza se produce cuando los cuerpos se mueven y dos superficies entran en contacto. La fuerza se produce porque las superficies, vistas con un microscopio, no son tan suaves como parecen. La fuerza de fricción está determinada por la fórmula:
La fuerza se aplica en el punto de contacto de dos superficies. Dirigido en dirección opuesta al movimiento.
Fuerza de reacción del suelo
Imaginemos un objeto muy pesado sobre una mesa. La mesa se dobla bajo el peso del objeto. Pero según la tercera ley de Newton, la mesa actúa sobre el objeto exactamente con la misma fuerza que el objeto que está sobre la mesa. La fuerza tiene dirección opuesta a la fuerza con la que el objeto presiona la mesa. Es decir, arriba. Esta fuerza se llama reacción del suelo. El nombre de la fuerza "habla" el apoyo reacciona. Esta fuerza se produce siempre que hay un impacto sobre el soporte. La naturaleza de su aparición a nivel molecular. El objeto parecía deformar la posición habitual y las conexiones de las moléculas (dentro de la mesa), ellas, a su vez, se esfuerzan por volver a su estado original, "resistir".
Absolutamente cualquier cuerpo, incluso uno muy ligero (por ejemplo, un lápiz sobre una mesa), deforma el soporte a nivel micro. Por tanto, se produce una reacción del suelo.
No existe una fórmula especial para encontrar esta fuerza. Se denota con la letra , pero esta fuerza es simplemente un tipo separado de fuerza de elasticidad, por lo que también se puede denotar como
La fuerza se aplica en el punto de contacto del objeto con el soporte. Dirigido perpendicular al soporte.
Dado que el cuerpo se representa como un punto material, la fuerza se puede representar desde el centro.
fuerza elástica
Esta fuerza surge como resultado de la deformación (cambio en el estado inicial de la sustancia). Por ejemplo, cuando estiramos un resorte, aumentamos la distancia entre las moléculas del material del resorte. Cuando comprimimos un resorte, lo disminuimos. Cuando giramos o cambiamos. En todos estos ejemplos surge una fuerza que impide la deformación: la fuerza elástica.
ley de Hooke
La fuerza elástica se dirige en sentido opuesto a la deformación.
Dado que el cuerpo se representa como un punto material, la fuerza se puede representar desde el centro.
Al conectar resortes en serie, por ejemplo, la rigidez se calcula usando la fórmula
Cuando se conecta en paralelo, la rigidez
Rigidez de la muestra. El módulo de Young.
El módulo de Young caracteriza las propiedades elásticas de una sustancia. Este es un valor constante que depende únicamente del material y su estado físico. Caracteriza la capacidad de un material para resistir deformaciones por tracción o compresión. El valor del módulo de Young es tabular.
Lea más sobre las propiedades de los sólidos.
Peso corporal
El peso corporal es la fuerza con la que un objeto actúa sobre un soporte. ¡Dices que esta es la fuerza de la gravedad! La confusión surge de la siguiente manera: de hecho, a menudo el peso de un cuerpo es igual a la fuerza de gravedad, pero estas fuerzas son completamente diferentes. La gravedad es una fuerza que surge como resultado de la interacción con la Tierra. El peso es el resultado de la interacción con el apoyo. ¡La fuerza de gravedad se aplica en el centro de gravedad del objeto, mientras que el peso es la fuerza que se aplica al soporte (no al objeto)!
No existe una fórmula para determinar el peso. Esta fuerza está designada por la letra.
La fuerza de reacción del apoyo o fuerza elástica surge en respuesta al impacto de un objeto sobre la suspensión o soporte, por lo tanto el peso del cuerpo siempre es numéricamente igual a la fuerza elástica, pero tiene dirección opuesta.
La fuerza de reacción del soporte y el peso son fuerzas de la misma naturaleza; según la tercera ley de Newton, son iguales y tienen direcciones opuestas. El peso es una fuerza que actúa sobre el soporte, no sobre el cuerpo. La fuerza de gravedad actúa sobre el cuerpo.
El peso corporal puede no ser igual a la gravedad. Puede ser más o menos, o puede ser que el peso sea cero. Esta condición se llama ingravidez. La ingravidez es un estado en el que un objeto no interactúa con un soporte, por ejemplo, el estado de vuelo: ¡hay gravedad, pero el peso es cero!
Es posible determinar la dirección de la aceleración si determinas hacia dónde se dirige la fuerza resultante.
Tenga en cuenta que el peso es fuerza, medida en Newtons. ¿Cómo responder correctamente a la pregunta: “¿Cuánto pesas”? Respondemos 50 kg, sin nombrar nuestro peso, ¡sino nuestra masa! En este ejemplo, nuestro peso es igual a la gravedad, es decir, ¡aproximadamente 500 N!
Sobrecarga- relación entre peso y gravedad
La fuerza de Arquímedes
La fuerza surge como resultado de la interacción de un cuerpo con un líquido (gas), cuando se sumerge en un líquido (o gas). Esta fuerza empuja al cuerpo fuera del agua (gas). Por tanto, se dirige verticalmente hacia arriba (empuja). Determinado por la fórmula:
En el aire descuidamos el poder de Arquímedes.
Si la fuerza de Arquímedes es igual a la fuerza de gravedad, el cuerpo flota. Si la fuerza de Arquímedes es mayor, entonces sube a la superficie del líquido, si es menor, se hunde.
Fuerzas electricas
Hay fuerzas de origen eléctrico. Ocurre en presencia de una carga eléctrica. Estas fuerzas, como la fuerza de Coulomb, la fuerza de Ampere y la fuerza de Lorentz, se analizan en detalle en la sección Electricidad.
Designación esquemática de fuerzas que actúan sobre un cuerpo.
A menudo se modela un cuerpo como un punto material. Por lo tanto, en los diagramas, varios puntos de aplicación se transfieren a un punto, al centro, y el cuerpo se representa esquemáticamente como un círculo o un rectángulo.
Para designar correctamente las fuerzas, es necesario enumerar todos los cuerpos con los que interactúa el cuerpo en estudio. Determina qué sucede como resultado de la interacción con cada uno: fricción, deformación, atracción o tal vez repulsión. Determinar el tipo de fuerza e indicar correctamente la dirección. ¡Atención! La cantidad de fuerzas coincidirá con el número de cuerpos con los que se produce la interacción.
Lo principal para recordar.
1) Fuerzas y su naturaleza;
2) Dirección de fuerzas;
3) Ser capaz de identificar las fuerzas actuantes.
Hay fricción externa (seca) e interna (viscosa). La fricción externa ocurre entre superficies sólidas en contacto, la fricción interna ocurre entre capas de líquido o gas durante su movimiento relativo. Hay tres tipos de fricción externa: fricción estática, fricción por deslizamiento y fricción por rodadura.
La fricción de rodadura está determinada por la fórmula.
La fuerza de resistencia ocurre cuando un cuerpo se mueve en un líquido o gas. La magnitud de la fuerza de resistencia depende del tamaño y la forma del cuerpo, la velocidad de su movimiento y las propiedades del líquido o gas. A bajas velocidades de movimiento, la fuerza de arrastre es proporcional a la velocidad del cuerpo.
A altas velocidades es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Consideremos la atracción mutua de un objeto y la Tierra. Entre ellos, según la ley de la gravedad, surge una fuerza. 
Ahora comparemos la ley de la gravedad y la fuerza de gravedad. 
¡La magnitud de la aceleración debida a la gravedad depende de la masa de la Tierra y de su radio! Así, es posible calcular con qué aceleración caerán los objetos en la Luna o en cualquier otro planeta, utilizando la masa y el radio de ese planeta.
La distancia desde el centro de la Tierra a los polos es menor que al ecuador. Por tanto, la aceleración de la gravedad en el ecuador es ligeramente menor que en los polos. Al mismo tiempo, cabe señalar que la razón principal de la dependencia de la aceleración de la gravedad de la latitud de la zona es el hecho de la rotación de la Tierra alrededor de su eje.
A medida que nos alejamos de la superficie de la Tierra, la fuerza de gravedad y la aceleración de la gravedad cambian en proporción inversa al cuadrado de la distancia al centro de la Tierra.
La gravedad es la fuerza con la que la Tierra atrae un cuerpo situado cerca de su superficie. .
Los fenómenos de la gravedad se pueden observar en todas partes del mundo que nos rodea. Una pelota lanzada hacia arriba cae hacia abajo, una piedra lanzada horizontalmente acabará en el suelo al cabo de un tiempo. Un satélite artificial lanzado desde la Tierra, debido a la acción de la gravedad, no vuela en línea recta, sino que se mueve alrededor de la Tierra.
Gravedad siempre dirigido verticalmente hacia abajo, hacia el centro de la Tierra. Se denota con la letra latina. pies (t- pesadez). La fuerza de gravedad se aplica al centro de gravedad del cuerpo.
Para encontrar el centro de gravedad de una forma arbitraria, es necesario colgar un cuerpo de un hilo en sus diferentes puntos. El punto de intersección de todas las direcciones marcadas por el hilo será el centro de gravedad del cuerpo. El centro de gravedad de los cuerpos de forma regular está en el centro de simetría del cuerpo, y no es necesario que pertenezca al cuerpo (por ejemplo, el centro de simetría de un anillo).
Para un cuerpo ubicado cerca de la superficie de la Tierra, la fuerza de gravedad es igual a:
¿Dónde está la masa de la Tierra? metro- masa corporal , R- radio de la Tierra.
Si sólo esta fuerza actúa sobre el cuerpo (y todas las demás están equilibradas), entonces sufre caída libre. La aceleración de esta caída libre se puede encontrar aplicando la segunda ley de Newton:
(2)
De esta fórmula podemos concluir que la aceleración de la gravedad no depende de la masa del cuerpo. metro, por tanto, es igual para todos los cuerpos. Según la segunda ley de Newton, la gravedad se puede definir como el producto de la masa de un cuerpo por su aceleración (en este caso, la aceleración debida a la gravedad). gramo);
Gravedad, que actúa sobre el cuerpo, es igual al producto de la masa del cuerpo por la aceleración de la gravedad.
Al igual que la segunda ley de Newton, la fórmula (2) sólo es válida en sistemas de referencia inerciales. En la superficie de la Tierra, los sistemas de referencia inerciales sólo pueden ser sistemas asociados a los polos de la Tierra, que no participan en su rotación diaria. Todos los demás puntos de la superficie terrestre se mueven en círculos con aceleraciones centrípetas y los sistemas de referencia asociados con estos puntos no son inerciales.
Debido a la rotación de la Tierra, la aceleración de la gravedad en diferentes latitudes es diferente. Sin embargo, la aceleración de la gravedad en diferentes regiones del mundo varía muy poco y difiere muy poco del valor calculado por la fórmula
Por lo tanto, en cálculos aproximados, se desprecia la no inercialidad del sistema de referencia asociado con la superficie de la Tierra y se considera que la aceleración de caída libre es la misma en todas partes.
Absolutamente todos los cuerpos del Universo se ven afectados por una fuerza mágica que de alguna manera los atrae hacia la Tierra (más precisamente hacia su núcleo). No hay ningún lugar donde escapar, ningún lugar donde esconderse de la gravedad mágica que todo lo abarca: los planetas de nuestro sistema solar se sienten atraídos no solo por el enorme Sol, sino también entre sí, todos los objetos, moléculas y los átomos más pequeños también se atraen mutuamente. . Conocido incluso por los niños pequeños, después de haber dedicado su vida al estudio de este fenómeno, estableció una de las leyes más importantes: la ley de la gravitación universal.
¿Qué es la gravedad?
Muchos conocen la definición y la fórmula desde hace mucho tiempo. Recordemos que la gravedad es una cantidad determinada, una de las manifestaciones naturales de la gravitación universal, a saber: la fuerza con la que cualquier cuerpo es invariablemente atraído hacia la Tierra.
La gravedad se denota con la letra latina F gravedad.
Gravedad: fórmula
¿Cómo calcular la dirección hacia un cuerpo específico? ¿Qué otras cantidades necesitas saber para esto? La fórmula para calcular la gravedad es bastante simple, se estudia en el séptimo grado de una escuela secundaria, al comienzo del curso de física. Para no sólo aprenderlo, sino también comprenderlo, se debe partir del hecho de que la fuerza de gravedad, que invariablemente actúa sobre un cuerpo, es directamente proporcional a su valor cuantitativo (masa).
La unidad de gravedad lleva el nombre del gran científico Newton.
Siempre está dirigido estrictamente hacia abajo, hacia el centro del núcleo terrestre, gracias a su influencia todos los cuerpos caen hacia abajo con igual aceleración. Observamos los fenómenos de la gravedad en la vida cotidiana en todas partes y constantemente:
- los objetos que se sueltan accidental o deliberadamente de las manos necesariamente caen al suelo (o a cualquier superficie que impida la caída libre);
- un satélite lanzado al espacio no se aleja de nuestro planeta a una distancia indefinida perpendicularmente hacia arriba, sino que permanece girando en órbita;
- todos los ríos fluyen de las montañas y no pueden retroceder;
- a veces una persona se cae y se lastima;
- pequeñas motas de polvo se depositan en todas las superficies;
- el aire se concentra cerca de la superficie de la tierra;
- bolsas difíciles de transportar;
- la lluvia gotea de las nubes, cae nieve y granizo.
Junto con el concepto de "gravedad", se utiliza el término "peso corporal". Si un cuerpo se coloca sobre una superficie horizontal plana, entonces su peso y gravedad son numéricamente iguales, por lo que estos dos conceptos a menudo se reemplazan, lo cual no es del todo correcto.
Aceleración de la gravedad
El concepto de “aceleración de la gravedad” (en otras palabras, está asociado con el término “fuerza de la gravedad”. La fórmula muestra: para calcular la fuerza de la gravedad, es necesario multiplicar la masa por g (aceleración de la gravedad) .
"g" = 9,8 N/kg, este es un valor constante. Sin embargo, mediciones más precisas muestran que debido a la rotación de la Tierra, el valor de la aceleración de St. n.no es lo mismo y depende de la latitud: en el Polo Norte = 9,832 N/kg, y en el ecuador caliente = 9,78 N/kg. Resulta que en diferentes lugares del planeta, diferentes fuerzas de gravedad se dirigen hacia cuerpos de igual masa (la fórmula mg aún permanece sin cambios). Para cálculos prácticos, se decidió permitir errores menores en este valor y utilizar el valor promedio de 9,8 N/kg.
La proporcionalidad de una cantidad como la gravedad (la fórmula lo demuestra) permite medir el peso de un objeto con un dinamómetro (similar a un negocio doméstico común). Tenga en cuenta que el dispositivo solo muestra la fuerza, ya que para determinar el peso corporal exacto se debe conocer el valor g regional.
¿La gravedad actúa a cualquier distancia (tanto cercana como lejana) del centro de la Tierra? Newton planteó la hipótesis de que actúa sobre un cuerpo incluso a una distancia significativa de la Tierra, pero su valor disminuye en proporción inversa al cuadrado de la distancia desde el objeto al núcleo de la Tierra.
Gravedad en el Sistema Solar
¿Existe una definición y fórmula con respecto a otros planetas que siguen siendo relevantes? Con sólo una diferencia en el significado de "g":
- en la Luna = 1,62 N/kg (seis veces menos que en la Tierra);
- en Neptuno = 13,5 N/kg (casi una vez y media mayor que en la Tierra);
- en Marte = 3,73 N/kg (más de dos veces y media menos que en nuestro planeta);
- en Saturno = 10,44 N/kg;
- en Mercurio = 3,7 N/kg;
- en Venus = 8,8 N/kg;
- en Urano = 9,8 N/kg (casi lo mismo que el nuestro);
- en Júpiter = 24 N/kg (casi dos veces y media más).
